JP2004260343A

JP2004260343A - Small antenna system

Info

Publication number: JP2004260343A
Application number: JP2003046442A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Hirabayashi; 崇之平林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small antenna system which is reduced in its occupancy space and its cost and has transmission/reception characteristics to radio waves different in frequency bands. <P>SOLUTION: This antenna is provided with a feeding pattern 11 which is formed of a narrow conductor pattern and is connected to a feeding part 6, a ground pattern 12 which is formed of a wide conductor pattern and is connected to the ground 7, an antenna element pattern 13 which constitutes an open loop pattern by connecting the feeding power part 11 and the ground pattern 12 so that they have line lengths corresponding to radio wavelengths of prescribed frequency bands by being connected to each other in a loop shape, and a shorting pattern 14 which is branched from the feeding pattern 11, is connected in the middle of a path of the antenna element pattern 13 and constitutes a closed loop pattern 16 in a part of it. The antenna element pattern 13 is formed of a conductor pattern wider than the feeding pattern 11 and the shorting pattern 14 is formed of a narrow conductor pattern equal to the feeding pattern 11. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異なる周波数帯域の電波の送受信特性と周波数マッチング特性とを有する小型アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信機能は、近年パーソナルコンピュータ等の情報処理機器或いは携帯電話機やＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等の通信端末機器ばかりでなく、各種の民生用電子機器、例えばオーディオ製品、ビデオ機器、カメラ機器、プリンタ或いはエンタテイメントロボット等にも搭載されている。無線通信機能は、電子機器ばかりでなく、例えば無線ＬＡＮ用のアクセスポイント、ＰＣＭＣＩＡ仕様（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒＭｅｍｏｒｙＣａｒｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｓｓｏｓｉａｔｉｏｎ）カード、コンパクトフラッシュ（登録商標）カード、ミニＰＣＩ（ＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）カード等のいわゆる小型のアクセサリカードにも搭載されることによりストレージ機能と無線通信機能とを備えた無線カードモジュールを構成している。
【０００３】
無線通信方式としては、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａで提案されている５．２ＧＨｚ帯域の電波を用いる狭域無線通信システムやＩＥＥＥ８０２．１１ｂで提案されている２．４ＧＨｚ帯域の電波を用いる無線ＬＡＮシステム或いはＢｌｕｅｔｏｏｈと称される近距離無線通信システム等の種々の無線通信方式が提案されている。各種電子機器や無線カードモジュール等においては、かかる周波数帯域を異にする複数の無線通信方式に対して接続を可能とするインターフェース仕様を有し、各周波数帯域の電波を送受信することが可能であることが必要となっている。無線カードモジュール等においては、複数の無線通信方式に対応するためにそれぞれの周波数帯域の電波を送受信可能とするアンテナが必要となるとともに、さらに異なる方向からの電波の送受信を可能とするダイバーシチ構成とするために各周波数帯域毎に配置を異にした２本のアンテナが必要となる。
【０００４】
従来の無線カードモジュール１００は、図７に示すようにカードサイズのモジュール基板１０１上に詳細を省略する通信制御部１０２や信号処理部１０３或いはメモリ部１０４等を有する回路部１０５が搭載されるとともに、モジュール基板１０１の長手方向の相対する両側領域にアンテナ部１０６とコネクタ部１０７とが設けられ、図示しないケースの内部に収納される。無線カードモジュール１００は、コネクタ部１０７を本体機器に設けたスロットに装填することにより、コネクタ部１０７が本体機器側のコネクタ部と接続されて無線通信機能を含む所定の機能を付加する。
【０００５】
無線カードモジュール１００は、本体機器に装填された状態においてアンテナ部１０６が本体機器から露出されて、このアンテナ部１０６により電波を送受信する。無線カードモジュール１００は、例えば上述した５．２ＧＨｚ帯域と２．４ＧＨｚ帯域の異なる周波数帯域の電波に対して送受信特性を有するとともに電波の方向特性すなわちダイバーシチ特性とを有する。したがって、無線カードモジュール１００には、図７に示すようにアンテナ部１０６に、一対のアンテナ素子１０８，１０９とからなる５．２ＧＨｚ帯域用の第１のアンテナ１１０と、一対のアンテナ素子１１１，１１２とからなる２．４ＧＨｚ帯域用の第２のアンテナ１１３とが設けられている。
【０００６】
無線カードモジュール１００には、モジュール基板１０１のアンテナ部１０６において、幅方向に離間した一方領域に第１のアンテナ１１０が形成されるとともに他方領域に第２のアンテナ１１３が形成される。第１のアンテナ１１０は、モジュール基板１０１上に側縁に沿って長手方向にパターン形成されたアンテナ素子１０８と、このアンテナ素子１０８と直交して側端に沿ってパターン形成されたアンテナ素子１０９とからなる。第２のアンテナ１１３も、モジュール基板１０１上に側縁に沿って長手方向にパターン形成されたアンテナ素子１１１と、このアンテナ素子１１１と直交して側端に沿ってパターン形成されたアンテナ素子１１２とからなる。
【０００７】
無線カードモジュール１００においては、５．２ＧＨｚ帯域と２．４ＧＨｚ帯域の電波に対する送受信特性とダイバーシチ特性とを備えるために、上述したようにそれぞれ一対のアンテナ素子（１０８，１０９），（１１１，１１２）を互いに直交して配列してなる二組のアンテナ１１０，１１３をモジュール基板１０１上に形成しなければならない。かかる無線カードモジュール１００は、アンテナ部１０６に大きな面積が必要となることから、小型化の実現が困難となるといった問題がある。
【０００８】
また、図８に示した従来の無線カードモジュール１２０は、アンテナ部１０６に一対のチップアンテナ１２１，１２２が搭載されてなる。チップアンテナ１２１，１２２は、例えば体積が４０ｍｍ^３程度の超小型なセラミック誘電体アンテナからなり、それぞれ５．２ＧＨｚ帯域と２．４ＧＨｚ帯域の電波に対する送受信特性を有している。チップアンテナ１２１，１２２は、ダイバーシチ特性が付与されるようにモジュール基板１０１のアンテナ部１０６に配列されて実装される。
【０００９】
無線カードモジュール１２０においては、超小型のチップアンテナ１２１，１２２を備えることで、本体機器からのアンテナ部１０６の突出量を低減するとともに小型軽量化が図られるようになる。しかしながら、無線カードモジュール１２０においては、チップアンテナ１２１，１２２が比較的高価であるためにコストが高くなるといった問題があった。また、無線カードモジュール１２０は、チップアンテナ１２１，１２２がモジュール基板１０１の基板サイズや本体機器の筐体の材質や比誘電率或いは間隔等の変化により生じる電磁界変化の影響を受けて特性が著しく変化するといった特性があり、この特性変化によってインピーダンスマッチングにズレが生じたり、利得が低下してしまうといったように実用特性に問題があった。
【００１０】
図９に示した従来の無線カードモジュール１３０も、モジュール基板１０１のアンテナ部１０６に、幅方向に離間した一方領域に５．２ＧＨｚ帯域用のダイバシチを構成する一対の第１のアンテナ１３１，１３２が形成されるとともに、他方領域に２．４ＧＨｚ帯域用のダイバシチを構成する一対の第２のアンテナ１３３，１３４が形成されてなる。無線カードモジュール１３０は、これら第１のアンテナ１３１，１３２と第２のアンテナ１３３，１３４とが、それぞれいわゆる逆Ｆ形アンテナ（ＩＦＡ：ｉｎｖｅｒｔｅｄＦａｎｔｅｎａ）或いは基板にＦ形パターンを直接形成したり金属薄板の板金加工によって形成したＦ型アンテナ素子を基板上に接合してなるいわゆる平面逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ：ｐｌａｉｎｅｒｉｎｖｅｒｔｅｄＦａｎｔｅｎａ）によって構成される。
【００１１】
無線カードモジュール１３０は、各逆Ｆ形アンテナ１３１〜１３４が、上述したチップアンテナ１２１，１２２と比較して、適用帯域が広く、本体機器の筐体金属部分等の影響による特性変化も少ないことから安定した性能を有する。無線カードモジュール１３０は、各逆Ｆ形アンテナ１３１〜１３４が、チップアンテナ１２１，１２２と比較して廉価に形成されることから、コストの低減が図られる。しかしながら、無線カードモジュール１３０は、例えば５．２ＧＨｚ帯域に特性を有する第１のアンテナ１３１，１３２がそれぞれモジュール基板１０１上において１個当たり約１５０ｍｍ^２程度の容積を必要とするとともに２．４ＧＨｚ帯域に特性を有する第２のアンテナ１３３，１３４が配線基板上において１個当たり約３００ｍｍ^２程度の容積を必要とする。したがって、無線カードモジュール１３０においては、かかる逆Ｆ形アンテナ１３１〜１３４をモジュール基板１０１に形成することによって大型化するといった問題があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
発明者等は、上述した従来の小型アンテナ装置の問題を解決すべく、様々なアンテナ素子パターンについて鋭意検討を重ねてきた。図１０及び図１１に示した無線カードモジュール１４０は、詳細を後述する一端側を給電部とするとともに他端側をグランドに接続した不平衡構造のループ状パターンからなるアンテナ素子１４５を備えてなる。無線カードモジュール１４０も、モジュール基板１４１上に詳細を省略する通信制御部や信号処理部或いはメモリ部等を有する回路部１４２が搭載されるとともに、モジュール基板１４１の長手方向の一端側にコネクタ部１４３が設けられている。無線カードモジュール１４０には、図１０に示すようにモジュール基板１４１のコネクタ部１４３と相対する他端側に位置してアンテナ基板１４４が搭載される。
【００１３】
アンテナ基板１４４は、モジュール基板１４１の幅とほぼ同等の長さを有する矩形基板からなり、一方の主面上にアンテナ素子１４５と、給電ランド１４６及びグランドランド１４７が形成されている。給電ランド１４６とグランドランド１４７は、図１１に示すようにアンテナ基板１４４のモジュール基板１４１との接続部を構成する下端部の略中央に位置して互いに絶縁を保持されて形成されている。
【００１４】
アンテナ素子１４５は、給電ランド１４６から高さ方向に立上り形成された給電パターン部１４８と、この給電パターン部１４８と平行に対峙してグランドランド１４７から高さ方向に立上り形成されたグランドパターン部１４９と、これら給電パターン部１４８とグランドパターン部１４９とを接続した矩形ループ状のアンテナ素子パターン部１５０とからなる。アンテナ素子１４５は、これら給電パターン部１４８とグランドパターン部１４９及びアンテナ素子パターン部１５０とが、それぞれのパターン幅を全て１ｍｍの同幅に形成され、また給電パターン部１４８とグランドパターン部１４９との間隔が約１ｍｍとされる。
【００１５】
アンテナ素子パターン部１５０は、給電パターン部１４８とグランドパターン部１４９の上端部に横長矩形枠状のループパターンを構成するようにして形成されてなる。アンテナ素子パターン部１５０は、アンテナ基板１４４の比誘電率を４．４とした場合に、その長さが例えば５．２ＧＨｚ帯域と２．４ＧＨｚ帯域との異なる２つの周波数帯の電波ｆ１，ｆ２に対してそれぞれの波長の約１／６、約１／３となるように形成されている。
【００１６】
以上のように構成されたアンテナ基板１４４は、アンテナ素子１４５が不平衡構造のループ状アンテナ素子パターンを構成することによって、従来の平衡型アンテナ素子パターンのように回路部１４２との間にバラン等を不要として構造の簡易化が図られる。アンテナ素子１４５は、上述した線路長を有することから第１の周波数帯と第２の周波数帯域とで共振を生じる。アンテナ基板１４４は、アンテナ素子１４５のアンテナ素子パターン部１５０をループ状としたことから、小型化が図られる。
【００１７】
アンテナ素子１４５は、入出力周波数に対するリターンロス特性が、図１２に示した特性図のようなシュミレーション結果を得る。なお、同特性図において、縦軸が利得（ｄＢ）、横軸が入力周波数（ＧＨｚ）である。アンテナ素子１４５は、同図から明らかなように第１の周波数帯ｆ１と第２の周波数帯域ｆ２においてそれぞれ放射が発生する特性を有する。したがって、アンテナ素子１４５は、上述したようにループ状パターンによりアンテナ基板１４４の小容量化を実現するとともに、不平衡構造による５．２ＧＨｚ帯域用と２．４ＧＨｚ帯域用とに共用可能なマルチバンドアンテナを構成することが可能である。
【００１８】
発明者等は、上述した無線カードモジュール１４０について、５．２ＧＨｚ帯域と２．４ＧＨｚ帯域とに送受信特性を有する不平衡構造のループ状パターンからなるアンテナ素子を基本にして、さらにその送受信特性の向上を図るべくマッチング特性の改善について検討を押し進めた。図１３に示したアンテナ基板１５５は、アンテナ素子１５６が、上述したアンテナ基板１４４と同様に給電パターン部１５７とグランドパターン部１５８とを横長矩形枠状のループパターンからなるアンテナ素子パターン部１５９によって接続した不平衡構造からなる。
【００１９】
アンテナ素子１５６は、給電パターン部１５７を高インピーダンス化することによってマッチング特性の対応が図られるようにした。すなわち、アンテナ素子１５６は、図１３に示すように給電パターン部１５７のパターン幅ｗ１がグランドパターン部１５８及びアンテナ素子パターン部１５９のパターン幅ｗ２よりも幅狭となるようにｗ１＜＜ｗ２に形成される。アンテナ素子１５６は、具体的にはグランドパターン部１５８とアンテナ素子パターン部１５９とのパターン幅ｗ２を１ｍｍのままとするが、給電パターン部１５７のパターン幅ｗ１を０．１ｍｍとして給電部を高インピーダンス化して周波数マッチング特性の向上を図るようにした。
【００２０】
かかるアンテナ素子１５６は、入出力周波数に対するリターンロス特性が、図１４に示した特性図のようなシュミレーション結果を得る。アンテナ素子１５６は、第１の周波数帯ｆ１と第２の周波数帯域ｆ２においてそれぞれ放射が発生する特性を有する。しかしながら、アンテナ素子１５６は、給電部を高インピーダンス化したにもかかわらず、上述したアンテナ素子１４５との比較ではさほど大きな有意差が奏せられなかった。したがって、アンテナ素子１５６においても、何らかの周波数マッチング手段を設けて特性向上を図る必要がある。
【００２１】
したがって、本発明は、省スペース化と低コスト化を図って異なる周波数帯域の電波に対して高送受信特性を有する小型のアンテナ装置を提供することを目的に提案されたものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかる小型アンテナ装置は、幅狭の導体パターンからなり基端が給電部と接続された給電パターン部と、この給電パターン部の導体パターンに対して幅広の導体パターンからなり基端がグランド部と接続されたグランドパターン部と、所定の異なる周波数帯域の電波波長に対応する線路長を有して給電パターン部の自由端とグランドパターン部の自由端とをループ状に接続することによって開放ループパターンを構成するアンテナ素子パターン部と、給電パターン部から分岐されるとともにアンテナ素子パターン部に対して経路途中で接続されることによってその一部に閉ループパターンを構成する短絡パターン部とから構成されたアンテナ素子を備える。本発明にかかる小型アンテナ装置は、アンテナ素子パターン部が給電パターン部の導体パターンに対して幅広の導体パターンによって構成されるとともに、短絡パターン部が給電パターン部と同等の幅狭の導体パターンによって構成される。
【００２３】
以上のように構成された本発明にかかる小型アンテナ装置によれば、所定の線路長を有する不平衡構造のループ状パターンからなるアンテナ素子パターン部を備えることによって、小容量化を図って異なる周波数帯域の電波に対する送受信特性を有することが可能となる。また、本発明にかかる小型アンテナ装置によれば、給電パターン部を幅狭の導体パターンにより形成することによって給電部の高インピーダンス化を図るとともに、短絡パターン部を形成してアンテナ素子パターン部の一部に閉ループパターンを構成して異なる周波数帯域の電波に対して電流変化を生じさせることにより周波数マッチング特性の向上が図られるようになる。したがって、本発明にかかる小型アンテナ装置によれば、省スペース化とコスト低減が図られるとともに、異なる周波数帯域の電波に対する送受信特性が大幅に向上されて無線カードモジュール等に好適に用いられる実用的なマルチバンド対応のアンテナ装置が実現される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。実施の形態として示した図１及び図２に示した無線カードモジュール１は、図示しない全体がカードサイズに形成された筐体内に、モジュール基板２と、詳細を後述する不平衡構造のループ状パターンからなるアンテナ素子１０を設けたアンテナ基板３とが収納される。無線カードモジュール１には、モジュール基板２に詳細を省略する例えばストレージ機能用メモリ素子、ベースバンド信号処理用ＬＳＩ或いは高周波信号処理用ＲＦモジュール等を有する回路部４が搭載され、またこのモジュール基板２の一端側に位置してアンテナ基板３が直交状態で搭載されかつ他端側に位置してＰＣＭＣＩＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｍｐｕｔｅｒＭｅｍｏｒｙＣａｒｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｓｓｏｓｉａｔｉｏｎ）規格準拠のコネクタ部５が設けられている。
【００２５】
無線カードモジュール１は、必要に応じてＰＣＭＣＩＡ規格準拠のコネクタ部が内蔵されたパーソナルコンピュータやモバイル機器或いは各種の電子機器等に設けられたスロットに装填されることによって、この本体機器に所定の拡張機能や無線通信機能を付加する。また、無線カードモジュール１は、ストレージ機能を有しており本体機器との間でデータ等の授受も行われる。無線カードモジュール１は、その他の機能について従来のカードモジュールと同等の機能を有する。
【００２６】
無線カードモジュール１は、アンテナ基板３を搭載したモジュール基板２の端部を外部に突出させるようにして本体機器のスロットに装填される。無線カードモジュール１は、アンテナ基板３に設けたアンテナ素子１０が、２種類の周波数帯域、例えば５．２ＧＨｚ帯域と２．４ＧＨｚ帯域の電波長に対応する線路長を有することでこれら電波の送受信特性を有するとともに、例えば各周波数毎に一対を形成することによってダイバーシチ特性を有して、本体機器にかかる無線通信機能を付加する。
【００２７】
無線カードモジュール１は、アンテナ基板３が、例えば一般的なプリント基板用として通常用いられる比較的廉価なＦＲ４グレード（耐熱グレード４：ＦｌａｍｅＲｅｔａｒｄａｎｔＧｒａｄｅ）の耐燃性ガラス基材エポキシ樹脂銅張積層基板が用いられる。勿論、アンテナ基板３は、例えばＰＥＴフィルム基板や、テフロン（登録商標）−セラミック複合基板或いはセラミック基板等の適宜の基板材を用いてもよい。アンテナ基板３は、高比誘電率基材を用いることにより、共振周波数を下げて小型化が図られるようになる。アンテナ基板３は、基板の比誘電率によってアンテナ素子１０の線路長が適宜規定される。
【００２８】
アンテナ基板３は、モジュール基板２の幅よりもやや短くかつ本体機器のスロットの開口形状よりもやや大きな外形寸法を有する矩形基板からなり、基材に張り合わされた銅箔に対して例えばフォトリソグラフ処理やエッチング処理を施す一般的なプリント配線技術によって、主面上に詳細を後述するアンテナ素子１０がパターン形成される。なお、アンテナ素子１０は、かかるプリント配線技術に限定されず、例えば金属薄板にプレス加工等を施して所定の形状に打ち抜いて形成し、これをアンテナ基板３に接合して構成するようにしてもよい。アンテナ基板３は、廉価な基板を用いるとともに簡易な工程によってアンテナ素子１０が形成されることから、コスト低減が図られる。
【００２９】
アンテナ基板３には、図２に示すようにモジュール基板２との接合部を構成する下端部の略中央に位置して、給電ランド６とグランドランド７とが形成されている。給電ランド６とグランドランド７とは、それぞれ矩形形状を呈するランドからなり相互の間隔Ｗ１が約１ｍｍとされる。アンテナ基板３は、詳細を省略するが給電ランド６が回路部４の高周波信号処理部と接続されて給電を受けるとともに、グランドランド７がグランドパターンと接続されてモジュール基板２に搭載される。
【００３０】
アンテナ素子１０は、連続パターンからなる給電パターン部１１と、グランドパターン部１２と、アンテナ素子パターン部１３と、短絡パターン部１４とからなり、一端側が給電部とされるとともに他端側がグランド部とされた不平衡型の開放ループパターンとして構成される。アンテナ素子１０は、グランドパターン部１２とアンテナ素子パターン部１３とがそれぞれのパターン幅Ｗ３，Ｗ４を約１ｍｍとしたやや幅広のパターンとして形成されるとともに、給電パターン部１１と短絡パターン部１４とがそれぞれのパターン幅Ｗ２，Ｗ５を約０．１ｍｍの幅狭のパターン幅に形成されている。
【００３１】
給電パターン部１１は、図２に示すように給電ランド６から高さ方向に立ち上がるパターンからなる。給電パターン部１１は、幅広の給電ランド６に対してパターン幅を次第に幅狭とするように変化させながら接続することなく同幅で直接連設されたいわゆるステップ型接続構造を以ってパターン形成されている。給電パターン部１１は、幅狭パターンとステップ型接続構造とにより、高インピーダンス化を図った構造となっている。グランドパターン部１２は、給電パターン部１１と平行に対峙しかつほぼ同一長さを有してグランドランド７から高さ方向に立上り形成されてなる。
【００３２】
アンテナ素子パターン部１３は、給電パターン部１１とグランドパターン部１２とに連設された横長矩形を呈してアンテナ基板３の主面上に形成されている。アンテナ素子パターン部１３は、図２に示すように給電パターン部１１の上端からアンテナ基板３の側方に向かって水平方向に直角に分岐された第１の水平短辺部位１３ａと、基板側端の近傍において第１の水平短辺部位１３ａから上方に向かって直角に折曲された第１の垂直短辺部位１３ｂと、基板上端の近傍において第１の垂直短辺部位１３ｂから直角に折曲されるとともに上端に沿って基板側端の近傍まで水平に延長された水平長辺部位１３ｃと、基板側端の近傍において水平長辺部位１３ｃから下方に向かって直角に折曲された第２の垂直短辺部位１３ｄと、グランドパターン部１２と略同一の高さ位置において第２の垂直短辺部位１３ｄから内方に向かって直角に折曲されてグランドパターン部１２と接続された第２の水平短辺部位１３ｅとからなる。
【００３３】
したがって、アンテナ素子パターン部１３は、全体として横長矩形のループ形状を呈している。また、アンテナ素子パターン部１３は、アンテナ基板３の比誘電率を４．４とした場合に、水平長辺部位１３ｃの線路長Ｌが２．４ＧＨｚ帯域の電波波長ｆ１の１／６かつ５．２ＧＨｚ帯域の電波波長ｆ２の１／３となるように規定されて形成されている。なお、アンテナ素子パターン部１３は、アンテナ基板３の比誘電率や適応周波数帯域に応じて適宜の長さに形成される。
【００３４】
アンテナ素子パターン部１３は、上述した横長矩形のループ形状に限定されるものでは無く、例えば楕円形や三角形等の適宜のループパターン形状としてもよい。アンテナ素子パターン部１３は、この場合においても上述した線路長Ｌに保持されるとともに、パターン幅も１ｍｍに形成される。
【００３５】
短絡パターン部１４は、図２に示すように給電パターン部１１の上端をそのまま上方へと延長し、アンテナ素子パターン部１３の水平長辺部位１３ｃと接続ポイント１５において接続された直線状の幅狭パターンからなる。したがって、短絡パターン部１４は、開放ループパターンからなるアンテナ素子パターン部１３の一部に、給電パターン部１１−第１の水平短辺部位１３ａ−第１の垂直短辺部位１３ｂ−水平長辺部位１３ｃの接続ポイント１５−給電パターン部１１からなる閉ループパターン１６を構成する。
【００３６】
以上のように構成されたアンテナ素子１０は、無線カードモジュール１が本体機器のスロットに装填されることによって、給電パターン部１１を介して供給された通信電力を、アンテナ素子パターン部１３において共振して放射する。アンテナ素子１０は、外部から送信された電波をアンテナ素子パターン部１３において受信し、５．２ＧＨｚ帯域の電波及び２．４ＧＨｚ帯域の電波について共振電流を励起して給電パターン部１１を介して無線カードモジュール１に供給する。
【００３７】
アンテナ素子１０においては、上述した所定の線路長Ｌを有する不平衡構造のループ状パターンを有するアンテナ素子パターン部１３の構成によって、５．２ＧＨｚ帯域の電波と２．４ＧＨｚ帯域の電波とに対する送受信特性が奏せられるようになる。また、アンテナ素子１０においては、上述したように給電パターン部１１を幅狭パターンで形成したことによって外付け部品を設けることなく高インピーダンス化されることから、２種類の周波数帯域の電波に対して送受信特性のマッチングが図られるようにする。さらに、アンテナ素子１０においては、短絡パターン部１４によってアンテナ素子パターン部１３の一部に閉ループパターンを形成したことにより、２種類の周波数帯域の電波に応じて全体の開放ループパターンの全長が切り替えられて電流変化が生じるようになり、送受信特性のマッチングが図られるようにする。
【００３８】
アンテナ素子１０は、入出力周波数に対するリターンロス特性が、図３に示した特性図のようなシュミレーション結果を得る。なお、同特性図において、縦軸が利得（ｄＢ）、横軸が入出力周波数（ＧＨｚ）である。アンテナ素子１０は、同図から明らかなように第１の周波数帯域、すなわち２．４ＧＨｚ帯域の電波ｆ１と第２の周波数帯域、すなわち５．２ＧＨｚ帯域の電波ｆ２とにおいてそれぞれ共振が発生することで、これら電波に対する送受信特性を有する。アンテナ素子１０は、５．２ＧＨｚ帯域の電波ｆ２の利得が約−１２ｄＢ〜−１３ｄＢであり、上述したアンテナ素子１５０やアンテナ素子１５６との比較において大きな差異は無い。しかしながら、アンテナ素子１０は、２．４ＧＨｚ帯域の電波ｆ２の利得が−１６ｄＢ〜−１８ｄＢとなっており、上述したアンテナ素子１５０やアンテナ素子１５６と比較して送受信特性が大きく向上している。
【００３９】
第２の実施の形態として図４及び図５に示したアンテナ基板２０も、上述したアンテナ基板３と同様に、無線カードモジュール１の一端側に位置して直交状態で搭載される。アンテナ基板２０にも、不平衡構造のループ状パターンからなるアンテナ素子２１が形成された基本的な構成をアンテナ基板３と同様とし、対応する部位に同一符号を付すことによって説明を省略する。アンテナ素子２１は、詳細を後述するようにより高インピーダンス化を図った給電パターン部２２の構成に特徴を有している。
【００４０】
すなわち、アンテナ素子２１も、図４に示すように、上述したアンテナ素子１０と同様に給電ランド６とグランドランド７との間で一体に連設された、幅狭の給電パターン部２２と、幅広のグランドパターン部１２と、幅広のアンテナ素子パターン部１３及び幅狭の短絡パターン部１４とからなり、全体が不平衡型の開放ループパターンを構成する。アンテナ素子２１も、幅狭のパターンが約１ｍｍのパターン幅で形成されるとともに、幅広のパターンが約０．１ｍｍのパターン幅で形成される。
【００４１】
アンテナ素子２１も、短絡パターン部１４によって全体として横長矩形で不平衡構造のループ状パターンを構成し、線路長Ｌが２．４ＧＨｚ帯域の電波波長ｆ１の１／６かつ５．２ＧＨｚ帯域の電波波長ｆ２の１／３に規定されて形成されている。アンテナ素子２１にも、短絡パターン部１４を形成したことによってアンテナ素子パターン部１３の一部に閉ループパターン１６が構成される。
【００４２】
アンテナ素子２１においては、上述したように給電パターン部２２が幅狭のパターンによって形成されるとともに、その一部にインダクティブ線路部２３が形成されることにより、さらに給電部の高インピーダンス化を図った構造となっている。インダクティブ線路部２３は、具体的には図５に示すように同一パターン幅であり小対向間隔を以って左右方向に複数回折り返した構造の線路からなる。インダクティブ線路部２３は、各折返し部位間の作用によって、インダクティブ線路を構成する。なお、インダクティブ線路部２３は、かかる折返し線路構造に限定されず、例えばスパイラル型線路或いは鋸歯型線路等の適宜の線路によって構成するようにしてもよい。
【００４３】
以上のように構成されたアンテナ素子２１は、入出力周波数に対するリターンロス特性が、図６に示した特性図のようなシュミレーション結果を得る。なお、同特性図において、縦軸が利得（ｄＢ）、横軸が入出力周波数（ＧＨｚ）である。アンテナ素子２１は、同図から明らかなように第１の周波数帯域、すなわち２．４ＧＨｚ帯域の電波ｆ１と第２の周波数帯域、すなわち５．２ＧＨｚ帯域の電波ｆ２とにおいてそれぞれ共振が発生することで、これら電波に対する送受信特性を有する。アンテナ素子２１は、５．２ＧＨｚ帯域の電波ｆ２の利得が約−１２ｄＢ〜−１３ｄＢであり、上述したアンテナ素子１０とほぼ同等である。アンテナ素子２１は、２．４ＧＨｚ帯域の電波ｆ２の利得が約−２２ｄＢ〜−２３ｄＢとなり、送受信特性が大きく向上している。
【００４４】
なお、上述した無線カードモジュール１においては、モジュール基板２にアンテナ素子１０、２１を形成したアンテナ基板３，２０を搭載するようにしたが、例えばモジュール基板側にも同様に構成されたアンテナ素子１０やアンテナ素子２１をパターン形成してもよい。無線カードモジュール１は、モジュール基板２側のアンテナ素子とアンテナ基板３，２０側のアンテナ素子１０，２１とが互いに直交状態で配置されることによって偏波を変えたダイバシチアンテナを構成する。無線カードモジュール１は、複数個のチップアンテナを搭載してダイバシチアンテナを構成した場合と比較して、ほぼ同等の容量で実現可能でありかつ広帯域で機器の設計自由度を大幅に向上させるとともに低コスト化を図ることが可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明にかかるアンテナ装置によれば、所定の線路長を有する不平衡構造のループ状パターンからなるアンテナ素子を備えることによって異なる周波数帯域の電波の送受信が可能とされるとともに、給電パターン部の高インピーダンス化と短絡パターン部によるアンテナ素子パターン部内の閉ループパターン形成との構成によりこれら異なる周波数帯域の電波に対するインピーダンスマッチングが図られて高精度の送受信特性を有することが可能となる。また、本発明にかかる小型アンテナ装置によれば、省スペース化とコスト低減が図られ、例えば無線カードモジュール等に好適に用いられる実用的なマルチバンド対応のアンテナ装置を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態として示す無線カードモジュールの斜視図である。
【図２】同アンテナ基板の正面図である。
【図３】アンテナ装置のリターンロス特性をシミュレーションした特性図である。
【図４】第２の実施の形態として示すアンテナ基板の正面図である。
【図５】インダクティブ線路部同の説明図である。
【図６】アンテナ装置のリターンロス特性をシミュレーションした特性図である。
【図７】従来のパターンアンテナが形成された無線カードモジュールの平面図である。
【図８】従来のチップアンテナを搭載した無線カードモジュールの平面図である。
【図９】従来の逆Ｆ型アンテナを搭載した無線カードモジュールの平面図である。
【図１０】本発明の前提となるアンテナ装置を備える無線カードモジュールの斜視図である。
【図１１】同アンテナ基板の正面図である。
【図１２】アンテナ装置のリターンロス特性をシミュレーションした特性図である。
【図１３】他のアンテナ基板の正面図である。
【図１４】アンテナ装置のリターンロス特性をシミュレーションした特性図である。
【符号の説明】
１無線カードモジュール、２モジュール基板、３アンテナ基板、４回路部、５コネクタ部、６給電ランド、７グランドランド、１０アンテナ素子、１１給電パターン部、１２グランドパターン部、１３アンテナ素子パターン部、１４短絡パターン部、１５接続ポイント、１６閉ループパターン、２０アンテナ基板、２１アンテナ素子、２２給電パターン部、２３インダクティブ線路部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a small antenna device having transmission / reception characteristics of radio waves in different frequency bands and frequency matching characteristics.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the wireless communication function is not only an information processing device such as a personal computer or a communication terminal device such as a mobile phone or a PDA (Personal Digital Assistance), but also various consumer electronic devices such as audio products, video devices, camera devices, and printers. Alternatively, it is also mounted on an entertainment robot or the like. The wireless communication function includes not only electronic devices but also so-called wireless LAN access points, PCMCIA specification (Personal Computer Memory Card International Association) cards, compact flash (registered trademark) cards, mini PCI (Peripheral Component Interconnection) cards, and the like. A wireless card module having a storage function and a wireless communication function is configured by being mounted on a small accessory card.
[0003]
As a wireless communication method, for example, a narrow-area wireless communication system using radio waves in a 5.2 GHz band proposed in IEEE 802.11a, a wireless LAN system using radio waves in a 2.4 GHz band proposed in IEEE 802.11b, or Bluetooth Various wireless communication systems such as a short-range wireless communication system referred to as a short-range wireless communication system have been proposed. Various electronic devices, wireless card modules, and the like have an interface specification that enables connection to a plurality of wireless communication systems having different frequency bands, and can transmit and receive radio waves in each frequency band. It is necessary. In a wireless card module or the like, an antenna capable of transmitting and receiving radio waves in respective frequency bands is required to support a plurality of wireless communication schemes, and a diversity configuration capable of transmitting and receiving radio waves from different directions. Therefore, two antennas having different arrangements for each frequency band are required.
[0004]
As shown in FIG. 7, the conventional wireless card module 100 includes a communication control unit 102, a signal processing unit 103, a circuit unit 105 including a memory unit 104, and the like, which are not described in detail, mounted on a card substrate 101 having a card size. An antenna unit 106 and a connector unit 107 are provided on both sides of the module substrate 101 facing each other in the longitudinal direction, and are housed in a case (not shown). In the wireless card module 100, the connector 107 is inserted into a slot provided in the main device, whereby the connector 107 is connected to the connector on the main device to add a predetermined function including a wireless communication function.
[0005]
When the wireless card module 100 is loaded in the main device, the antenna unit 106 is exposed from the main device, and the antenna unit 106 transmits and receives radio waves. The wireless card module 100 has transmission / reception characteristics for radio waves in different frequency bands, for example, the 5.2 GHz band and the 2.4 GHz band, and also has radio wave direction characteristics, that is, diversity characteristics. Therefore, in the wireless card module 100, as shown in FIG. 7, the antenna unit 106 includes a pair of antenna elements 108 and 109, a first antenna 110 for the 5.2 GHz band, and a pair of antenna elements 111 and 112. And a second antenna 113 for the 2.4 GHz band.
[0006]
In the wireless card module 100, in the antenna section 106 of the module substrate 101, the first antenna 110 is formed in one area separated in the width direction, and the second antenna 113 is formed in the other area. The first antenna 110 includes an antenna element 108 formed in a longitudinal direction on the module substrate 101 along a side edge, and an antenna element 109 formed in a pattern along the side end orthogonal to the antenna element 108. Consists of The second antenna 113 also includes an antenna element 111 patterned in the longitudinal direction along the side edge on the module substrate 101, and an antenna element 112 patterned along the side end orthogonal to the antenna element 111. Consists of
[0007]
As described above, the wireless card module 100 has a pair of antenna elements (108, 109) and (111, 112) in order to provide transmission / reception characteristics and diversity characteristics for radio waves in the 5.2 GHz band and the 2.4 GHz band. Must be formed on the module substrate 101. Such a wireless card module 100 has a problem that it is difficult to reduce the size because the antenna unit 106 requires a large area.
[0008]
The conventional wireless card module 120 shown in FIG. 8 includes a pair of chip antennas 121 and 122 mounted on an antenna unit 106. The chip antennas 121 and 122 have a volume of, for example, 40 mm. ³ The antenna is made of a ceramic dielectric antenna having a very small size, and has transmission and reception characteristics for radio waves in the 5.2 GHz band and the 2.4 GHz band, respectively. The chip antennas 121 and 122 are arranged and mounted on the antenna unit 106 of the module substrate 101 so as to provide diversity characteristics.
[0009]
Since the wireless card module 120 includes the ultra-small chip antennas 121 and 122, the amount of protrusion of the antenna unit 106 from the main device can be reduced, and the size and weight can be reduced. However, the wireless card module 120 has a problem that the cost is high because the chip antennas 121 and 122 are relatively expensive. The characteristics of the wireless card module 120 are remarkable because the chip antennas 121 and 122 are affected by changes in the electromagnetic field caused by changes in the board size of the module board 101, the material of the housing of the main device, the relative permittivity, the spacing, and the like. However, there is a problem in practical characteristics such as a change in impedance matching or a decrease in gain due to the characteristic change.
[0010]
In the conventional wireless card module 130 shown in FIG. 9 as well, a pair of first antennas 131 and 132 forming diversity for the 5.2 GHz band are provided in the antenna unit 106 of the module substrate 101 in one area separated in the width direction. In addition to the above, a pair of second antennas 133 and 134 forming diversity for the 2.4 GHz band are formed in the other region. In the wireless card module 130, the first antennas 131 and 132 and the second antennas 133 and 134 are respectively formed by a so-called inverted F antenna (IFA) or an F-shaped pattern formed directly on a substrate or a metal. It is constituted by a so-called planar inverted F antenna (PIFA) formed by joining an F-shaped antenna element formed by sheet metal working of a thin plate on a substrate.
[0011]
In the wireless card module 130, since the inverted F-shaped antennas 131 to 134 have a wider applicable band and less change in characteristics due to the influence of the housing metal part of the main device as compared with the chip antennas 121 and 122 described above. Has stable performance. In the wireless card module 130, the inverted F-shaped antennas 131 to 134 are formed at lower cost than the chip antennas 121 and 122, so that the cost can be reduced. However, the wireless card module 130 has first antennas 131 and 132 having characteristics in the 5.2 GHz band, for example, each having a size of about 150 mm on the module substrate 101. ² The second antennas 133 and 134 which require a certain volume and have characteristics in the 2.4 GHz band are about 300 mm per one on the wiring board. ² Requires a certain volume. Therefore, in the wireless card module 130, there is a problem that the inverted F-shaped antennas 131 to 134 are formed on the module substrate 101 to increase the size.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The inventors have intensively studied various antenna element patterns in order to solve the above-described problem of the conventional small antenna device. The wireless card module 140 shown in FIG. 10 and FIG. 11 includes an antenna element 145 having an unbalanced loop-shaped pattern in which one end side, which will be described in detail later, serves as a power supply unit and the other end side is connected to the ground. . The wireless card module 140 also has a circuit section 142 having a communication control section, a signal processing section, a memory section, and the like, which are not described in detail, mounted on a module board 141, and a connector section 143 on one end side of the module board 141 in the longitudinal direction. Is provided. As shown in FIG. 10, an antenna board 144 is mounted on the wireless card module 140 at the other end of the module board 141 opposite to the connector 143.
[0013]
The antenna substrate 144 is a rectangular substrate having a length substantially equal to the width of the module substrate 141, and has an antenna element 145, a feed land 146, and a ground land 147 formed on one main surface. As shown in FIG. 11, the power supply land 146 and the ground land 147 are formed at positions substantially at the center of the lower end of the antenna substrate 144 which constitutes the connection portion with the module substrate 141, and are formed so as to be insulated from each other.
[0014]
The antenna element 145 includes a power supply pattern portion 148 that rises up from the power supply land 146 in the height direction, and a ground pattern portion 149 that rises up from the ground land 147 in the height direction so as to face the power supply pattern portion 148 in parallel. And a rectangular loop-shaped antenna element pattern section 150 in which the power supply pattern section 148 and the ground pattern section 149 are connected. In the antenna element 145, the feed pattern portion 148, the ground pattern portion 149, and the antenna element pattern portion 150 are all formed to have the same pattern width of 1 mm, and the feed pattern portion 148 and the ground pattern portion 149 The interval is about 1 mm.
[0015]
The antenna element pattern section 150 is formed on the upper end of the feeding pattern section 148 and the ground pattern section 149 so as to form a horizontally long rectangular frame-shaped loop pattern. When the relative permittivity of the antenna substrate 144 is set to 4.4, the antenna element pattern unit 150 transmits the radio waves f1 and f2 of two different frequency bands, for example, a 5.2 GHz band and a 2.4 GHz band. On the other hand, it is formed to be about 1/6 and about 1/3 of each wavelength.
[0016]
The antenna substrate 144 configured as described above has a structure in which the antenna element 145 forms a loop-shaped antenna element pattern having an unbalanced structure, so that a balun or the like is formed between the antenna section 144 and the circuit section 142 like a conventional balanced antenna element pattern. Is unnecessary and the structure is simplified. Since the antenna element 145 has the above-described line length, resonance occurs in the first frequency band and the second frequency band. Since the antenna element pattern portion 150 of the antenna element 145 is formed in a loop shape, the antenna substrate 144 can be downsized.
[0017]
The antenna element 145 obtains a simulation result of the return loss characteristic with respect to the input / output frequency as shown in the characteristic diagram of FIG. In the characteristic diagram, the vertical axis represents gain (dB), and the horizontal axis represents input frequency (GHz). The antenna element 145 has a characteristic that radiation is generated in each of the first frequency band f1 and the second frequency band f2, as is apparent from FIG. Therefore, the antenna element 145 realizes a small capacity of the antenna substrate 144 by the loop pattern as described above, and can be shared by the unbalanced structure for the 5.2 GHz band and the 2.4 GHz band. Can be configured.
[0018]
The present inventors have further improved the transmission / reception characteristics of the above-described wireless card module 140 based on an antenna element having an unbalanced loop pattern having transmission / reception characteristics in the 5.2 GHz band and the 2.4 GHz band. In order to achieve this, the study on the improvement of the matching characteristics was pushed forward. In the antenna substrate 155 shown in FIG. 13, the antenna element 156 connects the feeding pattern portion 157 and the ground pattern portion 158 by the antenna element pattern portion 159 formed of a horizontally long rectangular frame-like loop pattern, similarly to the above-described antenna substrate 144. It consists of an unbalanced structure.
[0019]
The antenna element 156 has a matching characteristic by increasing the impedance of the feed pattern 157. That is, the antenna element 156 is formed at w1 << w2 such that the pattern width w1 of the feed pattern portion 157 is narrower than the pattern width w2 of the ground pattern portion 158 and the antenna element pattern portion 159 as shown in FIG. Is done. Specifically, the antenna element 156 keeps the pattern width w2 of the ground pattern part 158 and the antenna element pattern part 159 at 1 mm, but sets the pattern width w1 of the power supply pattern part 157 to 0.1 mm and sets the power supply part to high impedance. To improve the frequency matching characteristics.
[0020]
With such an antenna element 156, the return loss characteristic with respect to the input / output frequency obtains a simulation result as shown in the characteristic diagram of FIG. The antenna element 156 has a characteristic that radiation is generated in each of the first frequency band f1 and the second frequency band f2. However, the antenna element 156 did not show a significant difference in comparison with the above-described antenna element 145, despite the fact that the feed section had a high impedance. Therefore, it is necessary to improve the characteristics of the antenna element 156 by providing some frequency matching means.
[0021]
Therefore, the present invention has been proposed for the purpose of providing a small antenna device having high transmission / reception characteristics with respect to radio waves in different frequency bands while saving space and reducing cost.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
A small antenna device according to the present invention, which achieves the above-described object, includes a power supply pattern portion formed of a narrow conductor pattern and having a base end connected to a power supply portion, and a wide conductor pattern with respect to the conductor pattern of the power supply pattern portion. A ground pattern portion whose base end is connected to the ground portion, and a free end of the feed pattern portion and a free end of the ground pattern portion having a line length corresponding to a radio wave wavelength of a predetermined different frequency band are formed in a loop shape. And an antenna element pattern portion that forms an open loop pattern by being connected to the power supply pattern portion, and a short circuit that partially connects to the antenna element pattern portion to form a closed loop pattern by being connected to the antenna element pattern portion along the path. And an antenna element composed of a pattern section. In the small antenna device according to the present invention, the antenna element pattern portion is configured by a conductor pattern wider than the conductor pattern of the power supply pattern portion, and the short-circuit pattern portion is configured by a conductor pattern as narrow as the power supply pattern portion. Is done.
[0023]
According to the small antenna device of the present invention configured as described above, the antenna element pattern portion having an unbalanced structure having a predetermined line length is provided with an antenna element pattern portion. It is possible to have transmission / reception characteristics for band radio waves. Further, according to the small antenna device of the present invention, by forming the feed pattern portion with a narrow conductor pattern to increase the impedance of the feed portion, and forming a short-circuit pattern portion to form one of the antenna element pattern portions. By forming a closed loop pattern in the section and causing a current change in radio waves in different frequency bands, the frequency matching characteristics can be improved. Therefore, according to the small antenna device according to the present invention, space saving and cost reduction are achieved, and the transmission / reception characteristics with respect to radio waves in different frequency bands are significantly improved. A multi-band compatible antenna device is realized.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The wireless card module 1 shown in FIG. 1 and FIG. 2 shown in the embodiment has a module substrate 2 and a loop-shaped pattern of an unbalanced structure, which will be described in detail later, in a casing (not shown) formed entirely in a card size. And the antenna substrate 3 provided with the antenna element 10 made of The wireless card module 1 is provided with a circuit unit 4 having a memory element for storage function, an LSI for baseband signal processing, an RF module for high-frequency signal processing, etc. An antenna board 3 is mounted in an orthogonal state at one end and a connector section 5 compliant with the PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) standard is provided at the other end.
[0025]
The wireless card module 1 is inserted into a slot provided in a personal computer, a mobile device, or various electronic devices having a built-in connector part conforming to the PCMCIA standard as required, so that a predetermined expansion can be performed on the main device. Add functions and wireless communication functions. Further, the wireless card module 1 has a storage function, and exchanges data and the like with the main device. The wireless card module 1 has other functions equivalent to those of the conventional card module.
[0026]
The wireless card module 1 is loaded into a slot of the main device so that an end of the module board 2 on which the antenna board 3 is mounted projects outside. In the wireless card module 1, the antenna element 10 provided on the antenna substrate 3 has line lengths corresponding to two types of frequency bands, for example, 5.2 GHz band and 2.4 GHz band, so that the transmission and reception characteristics of these radio waves are obtained. And a diversity function by forming, for example, a pair for each frequency to add a wireless communication function to the main device.
[0027]
In the wireless card module 1, the antenna substrate 3 is made of, for example, a relatively inexpensive FR4 grade (heat-resistant grade 4: Flame Retard Grade) flame-resistant glass-based epoxy resin copper-clad laminated board commonly used for general printed circuit boards. Used. Of course, the antenna substrate 3 may use a suitable substrate material such as a PET film substrate, a Teflon (registered trademark) -ceramic composite substrate, or a ceramic substrate. By using a high relative dielectric constant base material, the antenna substrate 3 can reduce the resonance frequency and achieve miniaturization. In the antenna substrate 3, the line length of the antenna element 10 is appropriately defined by the relative dielectric constant of the substrate.
[0028]
The antenna substrate 3 is formed of a rectangular substrate having a slightly shorter width than the width of the module substrate 2 and a slightly larger outer dimension than the opening shape of the slot of the main body device. The copper foil bonded to the substrate is subjected to, for example, photolithographic processing. The antenna element 10, which will be described in detail later, is patterned on the main surface by a general printed wiring technique that performs etching and etching. The antenna element 10 is not limited to such a printed wiring technique. For example, the antenna element 10 may be formed by stamping a metal thin plate into a predetermined shape by pressing or the like, and joining this to the antenna substrate 3. Good. As the antenna substrate 3 uses an inexpensive substrate and the antenna element 10 is formed by a simple process, the cost can be reduced.
[0029]
As shown in FIG. 2, the antenna substrate 3 is formed with a feed land 6 and a ground land 7 at a position substantially at the center of the lower end that forms a joint with the module substrate 2. The power supply land 6 and the ground land 7 are each formed of a land having a rectangular shape, and the distance W1 between them is about 1 mm. Although not described in detail, the antenna substrate 3 is connected to the high-frequency signal processing unit of the circuit unit 4 to receive power while the power supply land 6 is connected thereto, and the ground land 7 is connected to the ground pattern and mounted on the module substrate 2.
[0030]
The antenna element 10 includes a feed pattern portion 11 formed of a continuous pattern, a ground pattern portion 12, an antenna element pattern portion 13, and a short-circuit pattern portion 14. One end is a feed portion and the other end is a ground portion. As an unbalanced open loop pattern. In the antenna element 10, the ground pattern section 12 and the antenna element pattern section 13 are each formed as a slightly wide pattern with their respective pattern widths W3 and W4 being about 1 mm, and the feeding pattern section 11 and the short-circuit pattern section 14 are formed. Each of the pattern widths W2 and W5 is formed to have a narrow pattern width of about 0.1 mm.
[0031]
The power supply pattern portion 11 has a pattern rising from the power supply land 6 in the height direction as shown in FIG. The power supply pattern portion 11 is formed with a so-called step-type connection structure in which the pattern width is directly connected to the wide power supply land 6 without changing the pattern width so that the pattern width is gradually reduced. Have been. The power supply pattern section 11 has a structure in which a high impedance is achieved by a narrow pattern and a step-type connection structure. The ground pattern section 12 faces the power supply pattern section 11 in parallel, has substantially the same length, and is formed to rise from the ground land 7 in the height direction.
[0032]
The antenna element pattern portion 13 is formed on the main surface of the antenna substrate 3 in the shape of a horizontally long rectangle connected to the power supply pattern portion 11 and the ground pattern portion 12. As shown in FIG. 2, the antenna element pattern portion 13 includes a first horizontal short side portion 13 a branched at right angles in the horizontal direction from the upper end of the feed pattern portion 11 toward the side of the antenna substrate 3, and a substrate side end. And a first vertical short side portion 13b bent perpendicularly upward from the first horizontal short side portion 13a near the first horizontal short side portion 13a, and a right angle bent from the first vertical short side portion 13b near the upper end of the substrate. And a horizontal long side portion 13c extending horizontally along the upper end to the vicinity of the substrate side end, and a second perpendicularly bent downward from the horizontal long side portion 13c in the vicinity of the substrate side end. The second vertical short side portion 13d is bent at a right angle inward from the second vertical short side portion 13d at substantially the same height position as the ground pattern portion 12 and connected to the ground pattern portion 12. Horizontal short side Consisting of 13e.
[0033]
Therefore, the antenna element pattern portion 13 has a horizontally long rectangular loop shape as a whole. When the relative permittivity of the antenna substrate 3 is 4.4, the line length L of the horizontal long side portion 13c is 1/6 of the radio wave wavelength f1 in the 2.4 GHz band and 5. It is defined to be 1/3 of the radio wave wavelength f2 in the 2 GHz band. The antenna element pattern portion 13 is formed to have an appropriate length according to the relative permittivity of the antenna substrate 3 and the adaptive frequency band.
[0034]
The antenna element pattern portion 13 is not limited to the above-described horizontally long rectangular loop shape, but may have an appropriate loop pattern shape such as an elliptical shape or a triangular shape. In this case as well, the antenna element pattern portion 13 is maintained at the above-described line length L and has a pattern width of 1 mm.
[0035]
As shown in FIG. 2, the short-circuit pattern portion 14 extends the upper end of the power supply pattern portion 11 upward as it is, and has a narrow linear shape connected at the connection point 15 to the horizontal long side portion 13 c of the antenna element pattern portion 13. Consists of patterns. Therefore, the short-circuit pattern portion 14 is provided in a part of the antenna element pattern portion 13 composed of the open loop pattern, in the power supply pattern portion 11-the first horizontal short side portion 13a-the first vertical short side portion 13b-the horizontal long side portion. A closed loop pattern 16 composed of the connection point 15c of 13c and the power supply pattern unit 11 is configured.
[0036]
The antenna element 10 configured as described above resonates the communication power supplied via the power supply pattern section 11 in the antenna element pattern section 13 when the wireless card module 1 is inserted into the slot of the main device. Radiate. The antenna element 10 receives a radio wave transmitted from the outside in the antenna element pattern unit 13, excites a resonance current with respect to the 5.2 GHz band radio wave and the 2.4 GHz band radio wave, and transmits the radio card via the power supply pattern unit 11. Supply to module 1.
[0037]
In the antenna element 10, the transmission / reception characteristics with respect to the 5.2 GHz band radio wave and the 2.4 GHz band radio wave by the configuration of the antenna element pattern portion 13 having the above-described loop pattern of the unbalanced structure having the predetermined line length L. Can be played. Further, in the antenna element 10, since the feed pattern portion 11 is formed in a narrow pattern as described above, the impedance is increased without providing external components. The transmission and reception characteristics are matched. Further, in the antenna element 10, since the closed loop pattern is formed in a part of the antenna element pattern section 13 by the short-circuit pattern section 14, the total length of the entire open loop pattern can be switched according to the radio waves of two kinds of frequency bands. As a result, a current change occurs, and matching of transmission / reception characteristics is achieved.
[0038]
The antenna element 10 obtains a simulation result of the return loss characteristic with respect to the input / output frequency as shown in the characteristic diagram of FIG. In the characteristic diagram, the vertical axis represents gain (dB), and the horizontal axis represents input / output frequency (GHz). As is clear from the figure, the antenna element 10 generates resonance in the first frequency band, that is, the radio wave f1 in the 2.4 GHz band and the second frequency band, that is, in the radio wave f2 in the 5.2 GHz band, thereby causing resonance. And has transmission and reception characteristics for these radio waves. The antenna element 10 has a gain of the radio wave f2 in the 5.2 GHz band of about −12 dB to −13 dB, and there is no significant difference in comparison with the antenna elements 150 and 156 described above. However, the antenna element 10 has a gain of the radio wave f2 in the 2.4 GHz band of −16 dB to −18 dB, and the transmission / reception characteristics are greatly improved as compared with the antenna elements 150 and 156 described above.
[0039]
The antenna board 20 shown in FIG. 4 and FIG. 5 as the second embodiment is also mounted in an orthogonal state at one end of the wireless card module 1 similarly to the antenna board 3 described above. The basic configuration of the antenna substrate 20 in which the antenna element 21 having the unbalanced loop pattern is formed is the same as that of the antenna substrate 3, and the corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. The antenna element 21 has a feature in the configuration of the power supply pattern section 22 that achieves higher impedance as described in detail below.
[0040]
That is, as shown in FIG. 4, the antenna element 21 also has a narrow power supply pattern portion 22 integrally and continuously provided between the power supply land 6 and the ground land 7 in the same manner as the antenna element 10 described above. , A wide antenna element pattern section 13 and a narrow short-circuit pattern section 14, and the whole constitutes an unbalanced open loop pattern. The antenna element 21 also has a narrow pattern with a pattern width of about 1 mm and a wide pattern with a pattern width of about 0.1 mm.
[0041]
The antenna element 21 also forms a loop pattern having an unbalanced structure with a horizontally long rectangle as a whole by the short-circuit pattern portion 14, and the line length L is 1/6 of the radio wave wavelength f1 in the 2.4 GHz band and the radio wave wavelength in the 5.2 GHz band. It is formed to be one-third of f2. Also in the antenna element 21, the closed loop pattern 16 is formed in a part of the antenna element pattern section 13 by forming the short-circuit pattern section 14.
[0042]
In the antenna element 21, as described above, the feed pattern portion 22 is formed by a narrow pattern, and the inductive line portion 23 is formed in a part of the feed pattern portion 22, thereby further increasing the impedance of the feed portion. It has a structure. The inductive line portion 23 is, as shown in FIG. 5, specifically a line having the same pattern width and a plurality of turns in the left-right direction at small opposing intervals. The inductive line portion 23 forms an inductive line by the action between the folded portions. Note that the inductive line portion 23 is not limited to such a folded line structure, and may be configured by an appropriate line such as a spiral line or a sawtooth line.
[0043]
In the antenna element 21 configured as described above, the return loss characteristic with respect to the input / output frequency obtains a simulation result as shown in the characteristic diagram of FIG. In the characteristic diagram, the vertical axis represents gain (dB), and the horizontal axis represents input / output frequency (GHz). As is clear from the drawing, the antenna element 21 causes resonance in the first frequency band, that is, the radio wave f1 in the 2.4 GHz band, and the second frequency band, that is, the resonance in the radio wave f2 in the 5.2 GHz band. And has transmission and reception characteristics for these radio waves. The antenna element 21 has a gain of the radio wave f2 in the 5.2 GHz band of about −12 dB to −13 dB, which is almost the same as the antenna element 10 described above. The antenna element 21 has a gain of the radio wave f2 in the 2.4 GHz band of about −22 dB to −23 dB, and the transmission / reception characteristics are greatly improved.
[0044]
In the wireless card module 1 described above, the antenna substrates 3 and 20 having the antenna elements 10 and 21 formed on the module substrate 2 are mounted. Alternatively, the antenna element 21 may be patterned. The wireless card module 1 constitutes a diversity antenna whose polarization is changed by arranging the antenna elements on the module substrate 2 side and the antenna elements 10 and 21 on the antenna substrates 3 and 20 orthogonally to each other. The wireless card module 1 can be realized with almost the same capacity as compared with the case where a diversity antenna is configured by mounting a plurality of chip antennas, and greatly improves the degree of freedom of device design in a wide band and reduces Costs can be reduced.
[0045]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the antenna device of the present invention, it is possible to transmit and receive radio waves in different frequency bands by providing an antenna element having a loop pattern of an unbalanced structure having a predetermined line length. In addition, the impedance matching for the radio waves in these different frequency bands can be achieved by the configuration of the high impedance of the feeding pattern section and the formation of the closed loop pattern in the antenna element pattern section by the short-circuit pattern section, and it is possible to have high-precision transmission / reception characteristics It becomes. Further, according to the small antenna device of the present invention, space saving and cost reduction are achieved, and a practical multi-band compatible antenna device suitably used for, for example, a wireless card module or the like is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a wireless card module shown as an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the antenna substrate.
FIG. 3 is a characteristic diagram simulating return loss characteristics of the antenna device.
FIG. 4 is a front view of an antenna substrate shown as a second embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram of the inductive line unit.
FIG. 6 is a characteristic diagram simulating return loss characteristics of the antenna device.
FIG. 7 is a plan view of a wireless card module on which a conventional pattern antenna is formed.
FIG. 8 is a plan view of a wireless card module equipped with a conventional chip antenna.
FIG. 9 is a plan view of a wireless card module equipped with a conventional inverted F-type antenna.
FIG. 10 is a perspective view of a wireless card module including an antenna device as a premise of the present invention.
FIG. 11 is a front view of the antenna substrate.
FIG. 12 is a characteristic diagram simulating return loss characteristics of the antenna device.
FIG. 13 is a front view of another antenna substrate.
FIG. 14 is a characteristic diagram simulating return loss characteristics of the antenna device.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 wireless card module, 2 module board, 3 antenna board, 4 circuit section, 5 connector section, 6 feeding land, 7 ground land, 10 antenna element, 11 feeding pattern section, 12 ground pattern section, 13 antenna element pattern section, 14 Short circuit pattern part, 15 connection points, 16 closed loop pattern, 20 antenna board, 21 antenna element, 22 power supply pattern part, 23 inductive line part

Claims

A power supply pattern portion made of a narrow conductor pattern, the base end of which is connected to the power supply portion;
A ground pattern portion made of a conductor pattern wider than the conductor pattern of the power supply pattern portion and having a base end connected to the ground portion,
It is formed of a conductor pattern wider than the conductor pattern of the power supply pattern section, has a line length corresponding to radio wave wavelengths in a plurality of predetermined different frequency bands, and is formed in a loop shape with the power supply pattern section and the ground pattern section. Connected to the antenna element pattern portion constituting an unbalanced open loop pattern,
An antenna element composed of a narrow conductor pattern branched from the power supply pattern section, connected to the antenna element pattern section in the middle of the path, and a short-circuit pattern section partially constituting a closed loop pattern. A small antenna device comprising:

The small antenna device according to claim 1, wherein an inductive line portion is formed in a part of the power supply pattern portion.

2. The power supply pattern section and the ground pattern section are connected via a step-type connection section from the outer periphery of the antenna element pattern section without gradually changing the pattern width. Small antenna device.

2. The small antenna device according to claim 1, wherein the antenna substrate is mounted on the main substrate in a state orthogonal to the vicinity of one end of the main substrate.